[doc] 光敏蛋白（bR）在現(xiàn)代光學(xué)中的應(yīng)用

1、光敏蛋白（br）在現(xiàn)代光學(xué)中的應(yīng)用漫步海灘鹽場,細(xì)心者會(huì)發(fā)現(xiàn)結(jié)晶的nac1(氯化納)顆粒在陽光下里紫色,這紫色是由nac1顆粒中嗜鹽菌里的紫膜發(fā)出的.紫膜是嗜鹽菌及其它嗜鹽生物質(zhì)膜的一部分,由于它呈紫色,故稱其為紫膜.紫膜中只含有一種與枧紫紅質(zhì)(rhodopsin)相似的蛋白質(zhì)稱為細(xì)菌視紫紅質(zhì)(bai0shodoosln,br).作為一種新型的光敏材料,它可用作光信息記錄和處理的光敏元件.利用現(xiàn)代的基因工程和生化手段來優(yōu)化設(shè)計(jì)材料的物理和化學(xué)手段,可以將生物材料運(yùn)用到經(jīng)典的”非生物領(lǐng)域.在以全息技術(shù)為基礎(chǔ)的未來信息技術(shù)中,這種生物分子對傳統(tǒng)的材料提出了挑戰(zhàn).br作為一個(gè)光驅(qū)動(dòng)質(zhì)子泵,光電轉(zhuǎn)換器

2、,光敏蛋白,其應(yīng)用十分廣泛,但本文僅探討br作為一個(gè)光敏蛋自在現(xiàn)代光學(xué)中的應(yīng)用.嗜鹽菌生活在低氧,高鹽濃度的環(huán)境中.這種環(huán)境促使它不斷完善了一套適臺(tái)自身發(fā)展的類似于綠色植物光合作用的供能系統(tǒng).在這個(gè)系統(tǒng)中br起了決定的作用,使嗜鹽菌在極其”惡劣的環(huán)境中保持著旺盛的生命力br呈六角形的二維晶體結(jié)構(gòu),并以三聚體的結(jié)構(gòu)存在于脂雙層膜中其厚度為5納米,平均直徑為500納米.br具有248個(gè)氨基酸和一個(gè)生色團(tuán)視黃醛,視黃醛通過schfff堿基連接在第216個(gè)賴氨酸上,這種結(jié)構(gòu)使得br可以作為光驅(qū)動(dòng)質(zhì)子泵.光照時(shí)br進(jìn)入光循環(huán),經(jīng)歷了一系列的異構(gòu)化癌這個(gè)過程中將質(zhì)子從噗內(nèi)逐出到膜外,造成膜內(nèi)外的質(zhì)子濃度梯

3、度,細(xì)胞利用這種電化學(xué)能,由細(xì)胞膜上紅膜中的hatpase臺(tái)成atp.可以將br的光循環(huán)簡化為三個(gè)反應(yīng):光照射使br由初始狀態(tài)b到達(dá)中間體m(b+m)m將態(tài)以壽命zm進(jìn)行熱衰減,由mb的光化學(xué)躍遷.br之所以能廣泛地應(yīng)用在光學(xué)技術(shù)中,關(guān)鍵在于它在高度分離的b和m狀態(tài)之間的高度可逆性和對高量子場(0.7)的高光敏特性.另一個(gè)感興趣的是br的光譜范圍為4o0700納米,幾乎包括了整個(gè)可見光譜.最近通過基因工程和生化方法制得的br變體_br一326,其光化學(xué)特性比原有的大有提高.全息術(shù)是一個(gè)具有廣闊前途的技術(shù),它的發(fā)展促進(jìn)了光學(xué)信息處理的發(fā)展.故首先介紹br在全息光學(xué)中的應(yīng)用.1.br在全息光學(xué)中的

4、應(yīng)用(1)br的動(dòng)態(tài)全息圖已研制成br膜的全息記錄和讀出裝置從實(shí)驗(yàn)結(jié)果可見-br一326更適合于全息紀(jì)錄.與brwt相比.br326的光敏特性和衍射效率都有所提高,存貯時(shí)間也增加.(2)br在實(shí)時(shí)干涉度量學(xué)中的應(yīng)用實(shí)時(shí)干涉度量學(xué)已被廣泛地應(yīng)用在振動(dòng)分析的無損檢測中.br實(shí)時(shí)干涉的理論基礎(chǔ)是基于br膜的時(shí)間積分特性,并由與光相9關(guān)的bm及與tm相關(guān)的mb的光化學(xué)反應(yīng)所決定在振動(dòng)模型的檢測中,可得到全.息圖象的時(shí)間積分br具有高的光穩(wěn)定性(樣品放置一個(gè)月不發(fā)生衰減),且可以根據(jù)不同的積分時(shí)間來自由選擇特體的br變體.其積分時(shí)間由1-m來控制.(3)br在相位共軛中的應(yīng)用br的相位共軛是在其體積全息

5、圖的基礎(chǔ)之上進(jìn)行的,整個(gè)系統(tǒng)的效率雖不盡人意,但其靈敏度和質(zhì)量還是令人滿意的.koschemskaya在l987年提出了br可在共軛波中作為極化狀態(tài)的回復(fù),結(jié)合光存貯和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等技術(shù)都與br的體積全息圖密切相關(guān).2.br在光信號(hào)存貯中的應(yīng)用數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)處理要求在短時(shí)間存貯速度快,長期記憶容量大具有長期存貯功能且應(yīng)用廣泛的裝置是磁盤和磁帶.新發(fā)展的許多光學(xué)儀器.如cdr0m.讀是由激光二極管完成的.但用戶不能用它來記錄信息,光磁盤克服了這個(gè)問題,但它不是一個(gè)真正的光系統(tǒng)這一切使得人們很容易想到利用br來制成一個(gè)真正盼由光來控制的=維光存貯器r變體可應(yīng)用在電子隨機(jī)存貯器(ram)中,其再生周期由來定.

6、br一326的再生周期可達(dá)200s.存貯密度為l08bit/em+可與傳統(tǒng)的點(diǎn)存貯器相媲美.3.br在光開關(guān)中的應(yīng)用除信息存貯外.br可構(gòu)成開關(guān)滿足光計(jì)算的需求.已有人做成雙穩(wěn)態(tài)的光開關(guān).如光學(xué)共振腔.這砷共振控對非紱稈暖的折射10率和反射特性的變化很敏感,與薄5它構(gòu)非線性材料或傳統(tǒng)的電子相比,速度太慢?毋騏應(yīng)用還是有希望的.一r4.br在光信號(hào)調(diào)節(jié)器中的應(yīng)用實(shí)驗(yàn)證明,br可以作為一種瞬時(shí)光低通濾波器,barmenkove現(xiàn)在信號(hào)調(diào)節(jié)器中使用br.其磁疇時(shí)間(卜一100ms)是其它高靈敏度的光敏介質(zhì)所無法比擬的磁疇時(shí)間可由br膜的動(dòng)態(tài)全息圖得到,同樣,s級(jí)的響應(yīng)時(shí)間可由高光密度的熱光柵測得.5.br在光檢測系統(tǒng)中的應(yīng)用由于br光循環(huán)的原初光異構(gòu)化過程僅有7.5m,故可將其應(yīng)用到光檢測系統(tǒng)中,trissl將定向的br偶聯(lián)到同軸電纜的末端所構(gòu)成的超速光檢測系統(tǒng),其上升時(shí)間可達(dá)20ps.6.br在光學(xué)中的其它應(yīng)用在光濾波器中.br克服了由富氏變換所造成的影響,使邊緣增強(qiáng)br在光模式識(shí)別中的應(yīng)用剛剛起步.但其前景是可觀的.lewis等將br的光電特性運(yùn)用到神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的研究中.產(chǎn)生以”光敏二極管結(jié)型”為基礎(chǔ)的定向的br膜網(wǎng)絡(luò).這種網(wǎng)絡(luò)與電子系統(tǒng)不同之處是初始化由光來完成的.br從它被